İki özdeş motor 50 Hz güç frekansında çalışıyorsa, biri frekans dönüştürücü kullanıyorsa, diğeri kullanmıyorsa ve hız ile tork motorun nominal durumundaysa, frekans dönüştürücü güç tasarrufu sağlayabilir mi? Ne kadar tasarruf edilebilir?
Cevap: Bu durumda frekans konvertörü sadece güç faktörünü iyileştirebilir, elektrik tasarrufu sağlayamaz.
1. Frekans dönüşümü her yerde elektrik tasarrufu sağlayamaz ve frekans dönüşümünün elektrik tasarrufu sağlamadığı pek çok durum vardır.
2. Elektronik bir devre olarak frekans dönüştürücünün kendisi de güç tüketir (nominal gücün yaklaşık %2-5'i kadar)
3. Frekans konvertörlerinin güç frekansında çalıştığı ve enerji tasarrufu sağladığı bir gerçektir. Ancak bunun ön koşulu şudur:
Birincisi, cihazın kendisi tüm sistemin veya prosesin gereksinimlerine uygun enerji tasarrufu fonksiyonuna (yazılım desteği) sahiptir;
İkincisi, uzun vadeli kesintisiz çalışma.
Ayrıca, elektrik tasarrufu sağlayıp sağlamadığı önemli değil, anlamsız. Frekans konvertörünün herhangi bir ön koşul olmadan enerji tasarrufu sağladığı söylenirse, bu bir abartı veya ticari bir spekülasyondur. Tüm hikayeyi bilerek, onu size hizmet etmesi için akıllıca kullanacaksınız. Doğru şekilde uygulamak için kullanım durumuna ve koşullarına dikkat ettiğinizden emin olun, aksi takdirde körü körüne takip eder, kolayca inanır ve aldatılırsınız.
Frekans konvertörlerini kullanırken sıklıkla şu yanlış anlaşılmalarla karşılaşıyoruz:
Yanlış Anlama 1: Frekans dönüştürücü kullanmak elektrik tasarrufu sağlayabilir
Bazı literatürde frekans konvertörlerinin enerji tasarrufu sağlayan kontrol ürünleri olduğu iddia edilerek, frekans konvertörlerinin kullanılmasıyla elektrik tasarrufu yapılabileceği izlenimi verilmektedir.
Aslında, frekans konvertörlerinin elektrik tasarrufu sağlayabilmesinin nedeni, elektrik motorlarının hızını düzenleyebilmeleridir. Frekans konvertörleri enerji tasarrufu sağlayan kontrol ürünleriyse, tüm hız kontrol ekipmanları da enerji tasarrufu sağlayan kontrol ürünleri olarak kabul edilebilir. Frekans konvertörü, diğer hız kontrol cihazlarından sadece biraz daha verimli ve güç faktörü daha düşüktür.
Bir frekans konvertörünün güç tasarrufu sağlayıp sağlayamayacağı, yükünün hız düzenleme özelliklerine göre belirlenir. Santrifüj fanlar ve santrifüj pompalar gibi yüklerde, tork hızın karesiyle orantılıdır ve güç hızın küpüyle orantılıdır. Orijinal valf kontrol akışı kullanıldığı ve tam yükte çalışmadığı sürece, hız düzenleme çalışmasına geçmek enerji tasarrufu sağlayabilir. Hız orijinalin %80'ine düştüğünde, güç orijinalin yalnızca %51,2'si olur. Bu tür yüklerde frekans konvertörlerinin uygulanmasının en önemli enerji tasarrufu etkisine sahip olduğu görülebilir. Roots blower'lar gibi yüklerde, tork hızdan bağımsızdır, yani sabit tork yüküdür. Fazla hava hacmini ayarlamak için bir havalandırma valfi kullanma orijinal yöntemi, hız düzenleme çalışmasına değiştirilirse, yine enerji tasarrufu sağlanabilir. Hız orijinal değerinin %80'ine düştüğünde, güç orijinal değerinin %80'ine ulaşır. Enerji tasarrufu etkisi, santrifüj fanlar ve santrifüj pompalardaki uygulamalara kıyasla çok daha düşüktür. Sabit güç yüklerinde güç, hızdan bağımsızdır. Bir çimento tesisinde, örneğin bir bantlı kantarda sabit güç yükü, belirli akış koşullarında malzeme tabakası kalın olduğunda bant hızını yavaşlatır; malzeme tabakası ince olduğunda ise bant hızı artar. Bu tür yüklerde frekans dönüştürücülerin kullanılması elektrik tasarrufu sağlamaz.
DC hız kontrol sistemleriyle karşılaştırıldığında, DC motorlar AC motorlardan daha yüksek verime ve güç faktörüne sahiptir. Dijital DC hız kontrol cihazlarının verimliliği, frekans dönüştürücülerin verimliliğine benzer, hatta biraz daha yüksektir. Dolayısıyla, hem teorik hem de pratik olarak, AC asenkron motorlar ve frekans dönüştürücüler kullanmanın DC motorlar ve DC kontrol cihazları kullanmaktan daha fazla elektrik tasarrufu sağladığını iddia etmek yanlıştır.
Yanlış Anlama 2: Frekans dönüştürücünün kapasite seçimi motorun nominal gücüne dayanmaktadır
Frekans konvertörlerinin fiyatları elektrik motorlarına göre nispeten pahalıdır, bu nedenle güvenli ve güvenilir bir çalışma sağlarken frekans konvertörlerinin kapasitesini makul ölçüde azaltmak oldukça anlamlıdır.
Frekans konvertörünün gücü, uygun olduğu 4 kutuplu AC asenkron motorun gücünü ifade eder.
Aynı kapasitedeki motorların kutup sayılarının farklı olması nedeniyle motorun anma akımı değişir. Motordaki kutup sayısı arttıkça motorun anma akımı da artar. Frekans konvertörünün kapasite seçimi motorun anma gücüne göre yapılamaz. Aynı zamanda, başlangıçta frekans konvertörü kullanılmayan yenileme projelerinde, frekans konvertörlerinin kapasite seçimi motorun anma akımına göre yapılamaz. Bunun nedeni, elektrik motorunun kapasite seçiminin maksimum yük, artım katsayısı ve motor özellikleri gibi faktörleri dikkate alması gerektiğidir. Çoğu zaman artım büyüktür ve endüstriyel motorlar sıklıkla anma yükünün %50 ila %60'ında çalışır. Frekans konvertörünün kapasitesi motorun anma akımına göre seçilirse, çok fazla marj kalır, bu da ekonomik israfa neden olur ve sonuç olarak güvenilirlik artmaz.
Sincap kafesli motorlar için, frekans dönüştürücünün kapasite seçimi, frekans dönüştürücünün nominal akımının, motorun maksimum normal çalışma akımının 1,1 katından büyük veya ona eşit olması ilkesine dayanmalıdır; bu, maliyet tasarrufunu en üst düzeye çıkarabilir. Ağır yükte çalıştırma, yüksek sıcaklık ortamı, sargılı motor, senkron motor vb. gibi koşullar için frekans dönüştürücünün kapasitesi uygun şekilde artırılmalıdır.
Başlangıçtan itibaren frekans dönüştürücü kullanan tasarımlarda, frekans dönüştürücünün kapasitesinin motorun nominal akımına göre seçilmesi anlaşılır bir durumdur. Çünkü frekans dönüştürücünün kapasitesi, şu anda gerçek çalışma koşullarına göre seçilemez. Elbette, yatırımı azaltmak için bazı durumlarda frekans dönüştürücünün kapasitesi başlangıçta belirsiz olabilir ve ekipman bir süre çalıştıktan sonra gerçek akıma göre seçilebilir.
İç Moğolistan'daki bir çimento şirketinin 2,4 m × 13 m çapındaki bir çimento değirmeninin sekonder öğütme sisteminde, 132 kW gücünde Y2-315M-4 model bir elektrik motoruyla donatılmış, yerli üretim bir adet N-1500 O-Sepa yüksek verimli toz seçici bulunmaktadır. Ancak, 160 kW gücünde 4 kutuplu motorlar için uygun olan FRN160-P9S-4E frekans konvertörü seçilmiştir. Devreye alındıktan sonra maksimum çalışma frekansı 48 Hz ve akım sadece 180 A'dir; bu da motorun nominal akımının %70'inden azdır. Motorun kendisinde önemli bir fazla kapasite bulunmaktadır. Frekans konvertörünün özellikleri, tahrik motorunun özelliklerinden bir kademe daha büyüktür, bu da gereksiz israfa neden olur ve güvenilirliği artırmaz.
Anhui Chaohu Çimento Fabrikası'ndaki 3 numaralı kireçtaşı kırıcı besleme sisteminde 1500 × 12000 plakalı besleyici kullanılmış ve tahrik motoru olarak 45 kW nominal güce ve 84,6 A nominal akıma sahip bir Y225M-4 AC motor kullanılmıştır. Frekans dönüşüm hızı düzenleme dönüşümünden önce, plakalı besleyici motoru normal şekilde çalıştırdığında, ortalama üç fazlı akımın yalnızca 30 A olduğu ve bunun da motorun nominal akımının yalnızca %35,5'i olduğu testler sonucunda tespit edilmiştir. Yatırım tasarrufu sağlamak amacıyla, 76 A nominal çıkış akımına sahip ve 37 kW gücündeki 4 kutuplu motorlar için uygun olan ACS601-0060-3 frekans dönüştürücü seçilmiş ve iyi bir performans elde edilmiştir.
Bu iki örnek, başlangıçta frekans konvertörü kullanılmayan yenileme projelerinde, frekans konvertörünün kapasitesinin gerçek çalışma koşullarına göre seçilmesinin yatırımı önemli ölçüde azaltabileceğini göstermektedir.
Yanlış Anlama 3: Genel motorlar, nominal iletim hızlarının altındaki frekans dönüştürücüler kullanılarak yalnızca azaltılmış bir hızda çalışabilir
Klasik teori, evrensel bir motorun frekansının üst sınırının 55 Hz olduğunu savunur. Bunun nedeni, motor hızının çalışması için nominal hızın üzerine ayarlanması gerektiğinde, stator frekansının nominal frekansın (50 Hz) üzerine çıkmasıdır. Bu noktada, kontrol için sabit tork prensibi hala takip ediliyorsa, stator voltajı nominal voltajın üzerine çıkacaktır. Dolayısıyla, hız aralığı nominal hızdan yüksek olduğunda, stator voltajı nominal voltajda sabit tutulmalıdır. Bu noktada, hız/frekans arttıkça manyetik akı azalacak, bu da aynı stator akımında torkta bir düşüşe, mekanik özelliklerde bir yumuşamaya ve motorun aşırı yük kapasitesinde önemli bir azalmaya neden olacaktır.
Buradan, evrensel bir motorun frekansının üst sınırının 55Hz olduğu ve bunun bir ön koşul olduğu görülebilir:
1. Stator gerilimi nominal gerilimi aşamaz;
2. Motor nominal güçte çalışıyor;
3. Sabit tork yükü.
Yukarıdaki durumda, teori ve deneyler, frekansın 55Hz'i aşması durumunda motor torkunun azalacağını, mekanik özelliklerinin zayıflayacağını, aşırı yük kapasitesinin azalacağını, demir tüketiminin hızla artacağını ve ısınmanın şiddetli olacağını kanıtlamıştır.
Yazar, elektrik motorlarının gerçek çalışma koşullarının, genel amaçlı motorların frekans konvertörleri aracılığıyla hızlandırılabileceğini gösterdiğine inanıyor. Değişken frekans hızı artırılabilir mi? Ne kadar artırılabilir? Bu, esas olarak elektrik motorunun çektiği yüke bağlıdır. İlk olarak, yük oranının ne olduğunu belirlemek gerekir. İkinci olarak, yük özelliklerini anlamak ve yükün özel durumuna göre hesaplamalar yapmak gerekir. Kısa bir analiz şöyledir:
1. Aslında, 380 V'luk bir üniversal motor için, stator voltajı nominal voltajın %10'unu aştığında, motorun yalıtımını ve ömrünü etkilemeden uzun süre çalıştırmak mümkündür. Stator voltajı artar, tork önemli ölçüde artar, stator akımı azalır ve sargı sıcaklığı düşer.
2. Elektrik motorunun yük oranı genellikle %50 ila %60 arasındadır.
Endüstriyel motorlar genellikle nominal güçlerinin %50 ila %60'ında çalışır. Hesaplamalara göre, motorun çıkış gücü nominal gücünün %70'i olduğunda ve stator voltajı %7 arttığında, stator akımı %26,4 azalır. Bu noktada, sabit tork kontrolü ve frekans konvertörü kullanılarak motor hızı %20 artırılsa bile, stator akımı artmaz, aynı zamanda azalır. Motorun demir kaybı, frekans artırıldıktan sonra keskin bir şekilde artsa da, stator akımındaki azalmanın azalttığı ısıya kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir. Dolayısıyla, motor sargısının sıcaklığı da önemli ölçüde azalacaktır.
3. Çeşitli yük özellikleri vardır
Elektrik motoru tahrik sistemi yüke hizmet eder ve farklı yükler farklı mekanik özelliklere sahiptir. Elektrik motorları, ivmelenme sonrası yük mekanik özelliklerinin gerekliliklerini karşılamalıdır. Hesaplamalara göre, farklı yük oranlarında (k) sabit torklu yükler için izin verilen maksimum çalışma frekansı (fmax), yük oranıyla ters orantılıdır, yani fmax=fe/k'dir; burada fe nominal güç frekansıdır. Sabit güç yükleri için, genel motorların izin verilen maksimum çalışma frekansı esas olarak motor rotoru ve şaftının mekanik dayanımıyla sınırlıdır. Yazar, genellikle 100 Hz ile sınırlandırılmasının tavsiye edildiğine inanmaktadır.
Uygulama örneği:
Belirli bir fabrikadaki zincirli kovalı konveyör sabit bir tork yüküne sahiptir ve üretimdeki artış nedeniyle motor hızının %20 artırılması gerekir. Motor modeli Y180L-6 olup, anma gücü 15 kW, anma gerilimi 380 V, anma akımı 31,6 A, anma hızı 980 d/d, verimliliği %89,5, güç faktörü 0,81, çalışma akımı 18-20 A, normal koşullar altında maksimum çalışma gücü 7,5 kW ve yük oranı %50'dir. CIMR-G5A4015 frekans konvertörü takıldıktan sonra çalışma frekansı 60 Hz olur, hız %20 artar, frekans konvertörünün maksimum çıkış voltajı 410 V'a ayarlanır, motorun çalışma akımı 12-15 A olur, bu yaklaşık %30 azalır ve motor sargısının sıcaklığı önemli ölçüde azalır.
Yanlış Anlama 4: Frekans dönüştürücülerin içsel özelliklerinin göz ardı edilmesi
Frekans dönüştürücünün hata ayıklama işlemi genellikle distribütör tarafından tamamlanır ve herhangi bir sorun yaşanmaz. Frekans dönüştürücünün kurulumu nispeten basittir ve genellikle kullanıcı tarafından gerçekleştirilir. Bazı kullanıcılar frekans dönüştürücünün kullanım kılavuzunu dikkatlice okumaz, yapı için gerekli teknik gerekliliklere harfiyen uymaz, frekans dönüştürücünün özelliklerini göz ardı eder, onu genel elektrik bileşenleriyle bir tutar ve varsayımlara ve deneyime dayanarak hareket ederek arıza ve kazalar için gizli tehlikeler yaratır.
Frekans dönüştürücünün kullanım kılavuzuna göre, motora bağlanan kablo, tercihen metal bir boru içine yerleştirilmiş, blendajlı veya zırhlı bir kablo olmalıdır. Kesilen kablonun uçları olabildiğince temiz, blendajsız segmentler olabildiğince kısa olmalı ve kablo uzunluğu belirli bir mesafeyi (genellikle 50 m) aşmamalıdır. Frekans dönüştürücü ile motor arasındaki kablolama mesafesi uzun olduğunda, kablodan gelen yüksek harmonik kaçak akım, frekans dönüştürücü ve çevresindeki ekipmanlar üzerinde olumsuz etkilere neden olacaktır. Frekans dönüştürücü tarafından kontrol edilen motordan dönen topraklama teli, doğrudan frekans dönüştürücünün ilgili topraklama terminaline bağlanmalıdır. Frekans dönüştürücünün topraklama teli, kaynak makineleri ve güç ekipmanlarıyla paylaşılmamalı ve mümkün olduğunca kısa olmalıdır. Frekans dönüştürücünün ürettiği kaçak akım nedeniyle, topraklama noktasından çok uzakta olması durumunda, topraklama terminalinin potansiyeli dengesiz olacaktır. Frekans dönüştürücünün topraklama telinin minimum kesit alanı, güç besleme kablosunun kesit alanından büyük veya ona eşit olmalıdır. Girişimden kaynaklanan hatalı çalışmayı önlemek için kontrol kablolarında bükülü blendajlı kablolar veya çift telli blendajlı kablolar kullanılmalıdır. Aynı zamanda, blendajlı ağ kablosunu diğer sinyal hatları ve ekipman kasalarıyla temas ettirmemeye dikkat edin ve yalıtım bandıyla sarın. Gürültüden etkilenmemek için kontrol kablosunun uzunluğu 50 metreyi geçmemelidir. Kontrol kablosu ve motor kablosu, ayrı kablo tepsileri kullanılarak ayrı ayrı döşenmeli ve mümkün olduğunca birbirinden uzak tutulmalıdır. İkisinin kesişmesi gerektiğinde, dikey olarak kesişmelidirler. Asla aynı boru hattına veya kablo tepsisine yerleştirmeyin. Ancak, bazı kullanıcılar kablo döşerken yukarıdaki gerekliliklere tam olarak uymamış ve bu da ekipmanın ayrı hata ayıklama sırasında normal çalışmasına, ancak normal üretim sırasında ciddi parazite neden olarak çalışmasını engellemiştir.
Bir çimento fabrikasının sekonder hava sıcaklık göstergesi aniden anormal okumalar gösteriyorsa: gösterilen değer önemli ölçüde düşüktür ve büyük ölçüde dalgalanmaktadır. Bundan önce çok iyi çalışıyordu. Termokuplları, sıcaklık vericilerini ve sekonder cihazları kontrol ettim, herhangi bir sorun bulunamadı. İlgili olanlar nelerdir? Cihaz başka bir ölçüm noktasına taşındığında tamamen normal şekilde çalıştı. Ancak, diğer ölçüm noktalarından benzer cihazlar burada değiştirildiğinde aynı durum meydana geldi. Daha sonra, ızgara soğutucudaki 3 numaralı soğutma fanının motoruna yeni bir frekans konvertörünün takıldığı ve frekans konvertörü kullanıma alındıktan sonra sekonder hava sıcaklık göstergesinin anormal okumalar gösterdiği keşfedildi. Frekans konvertörünü durdurun ve sekonder hava sıcaklık göstergesini hemen normale döndürün; Frekans konvertörünü yeniden başlatınca, sekonder hava sıcaklık göstergesi tekrar anormal okumalar gösterdi. Birkaç kez tekrarlanan testlerden sonra, frekans konvertöründen gelen parazitin sekonder hava sıcaklık göstergesindeki anormal gösterimin doğrudan nedeni olduğu belirlendi. Vantilatör, başlangıçta hava miktarını ayarlamak için valfler kullanan, ancak daha sonra hava miktarını ayarlamak için değişken frekanslı hız regülasyonu sistemine geçen santrifüjlü bir vantilatördür. Sahadaki yoğun toz ve zorlu ortam nedeniyle, frekans konvertörü MCC (Motor Kontrol Merkezi) kontrol odasına monte edilir. Yapının kolaylığı için, frekans konvertörü fanın ana kontaktörünün alt tarafına bağlanır ve frekans konvertörünün çıkış kablosu fan motorunun güç kablosunu kullanır. Fan motorunun güç kablosu PVC yalıtımlı, çelik olmayan zırh kılıflı bir kablodur ve aynı kablo kanalının farklı köprü katmanlarında ikincil hava sıcaklık ölçer sinyal kablosuna paralel olarak döşenir. Frekans konvertörünün çıkış kablosunun zırhlı kablolar kullanmaması veya demir borular içinden geçirilmemesi nedeniyle parazit olaylarının meydana geldiği görülebilir. Bu ders, başlangıçta frekans konvertörleri kullanılmayan yenileme projelerine özel dikkat gösterilmelidir.
Frekans konvertörlerinin günlük bakımında da özel dikkat gösterilmelidir. Bazı elektrikçiler, bir arıza tespit eder etmez frekans konvertörünü bakım için hemen açar ve devre dışı bırakır. Bu çok tehlikelidir ve kişisel elektrik çarpması kazalarına neden olabilir. Çünkü frekans konvertörü çalışmıyor veya güç kaynağı kesilmiş olsa bile, kapasitörlerin varlığı nedeniyle frekans konvertörünün güç giriş hattında, DC terminalinde ve motor terminalinde hala voltaj olabilir. Şalteri çıkardıktan sonra, çalışmaya başlamadan önce frekans konvertörünün tamamen boşalması için birkaç dakika beklemek gerekir. Bazı elektrikçiler, sistemin devre dışı kaldığını fark ettiklerinde, motorun yanmış olup olmadığını belirlemek için, değişken frekanslı sürücü sistemi tarafından tahrik edilen motorda hemen bir sarsma masası kullanarak yalıtım testleri yapmaya alışkındır. Bu da çok tehlikelidir, çünkü frekans konvertörünün kolayca yanmasına neden olabilir. Bu nedenle, motor ile frekans konvertörü arasındaki kabloyu çıkarmadan önce, motorda veya frekans konvertörüne bağlı olan kabloda yalıtım testi yapılmamalıdır.